EL SONÓMETRO OBJETIVOS:
Reconocer y operar un sonómetro. Calibrar Sonómetros Medir diferentes tipos de ruido Verificar posibles diferencias en distintas mediciones de ruido.
FUNDAMENTO TEORICO: El proceso de calibración: El proceso de calibración de un instrumento cualquiera consiste en ajustar ligeramente la ganancia de su amplificador de entrada de modo de compensar las variaciones de sensibilidad mencionadas. Dicho ajuste se realiza actuando sobre un potenciómetro, accesible desde afuera del equipo. El sonómetro mide el nivel de ruido que existe en determinado lugar y en un momento dado. La unidad con la que trabaja el sonómetro es en decibeles (dB). Si no se usan curvas ponderadas (sonómetro integrador), Clases de sonómetros:
Sonómetro de clase 0: 0 : se utiliza en laboratorios para obtener niveles de referencia. Sonómetro de clase 1: 1 : permite el trabajo de campo con precisión. Sonómetro de clase 2: 2 : permite realizar mediciones generales en los trabajos de campo. Sonómetro de clase 3: 3: es el menos preciso y sólo permite realizar mediciones aproximadas, por lo que sólo se utiliza para realizar reconocimientos.
El diagrama de bloques de todo sonómetro contiene, al menos, los siguientes : Micrófono. Micrófono. Convierte las variaciones de presión sonora en variaciones equivalentes de señal eléctrica. El mejor transductor acústico tanto para medidas de laboratorio como para las medidas en campo con condiciones a veces muy severas es el micrófono de condensador, que, entre otras, tiene las siguientes ventajas: - Gran estabilidad ambiental. - Amplio rango de respuesta en frecuencia plana. - Baja distorsión. - Muy bajo nivel de ruido interno. - Gran rango dinámico. - Alta sensibilidad.
PREAMPLIFICADOR. Transforma la alta impedancia del micrófono en baja. Va colocado inmediatamente detrás del micrófono para reducir la alta impedancia del micrófono y así poder utilizar cables alargadores para conectarlo al resto de la c adena de medida con una impedancia de entrada relativamente baja. El preamplificador debe tener un ruido eléctrico muy bajo y una dinámica y rango de frecuencia mayor que las del micrófono que se le conecte. Antes de iniciar las medidas es importante calibrar conjuntamente el micrófono y el instrumento de medida para comprobar el funcionamiento de todo el sistema y asegurar la precisión de las medidas. REDES DE PONDERACIÓN EN FRECUENCIA. Hacen que la respuesta en frecuencia del sonómetro sea semejante a la del oído humano La señal entregada por el micrófono y acondicionada por el preamplificador pasa por una serie de circuitos amplificadores para acomodar el rango de lectura con los niveles a medir, y posteriormente pasa a la red de ponderación. Estas redes de ponderación se introducen para que el sonómetro tenga una respuesta en frecuencia similar a la del oído humano. Las curvas de ponderación dan cuenta de la distinta sensibilidad del oído humano para cada frecuencia, y se corresponden con las curvas de igual nivel de sonoridad o curvas isofónicas. DETECTOR INTEGRADOR. Convierte la señal alterna en continua. La señal eléctrica después de pasar la red de ponderación, ó sin ponderar, es una señal alterna, variable con el tiempo que no es susceptible de ser medida, por lo cual hay que convertirla en una señal continua proporcional a uno de estos parámetros: Nivel de pico: es la máxima amplitud instantánea de la señal. Se utiliza para valores de muy corta duración, como impactos, impulsos, etc. Nivel eficaz: también llamado valor RMS (Root Mean Square) es la raíz cuadrada del valor medio del cuadrado de la variable que se trate. Este valor es una medida de la energía transportada por la señal. Cuando se habla de niveles de presión sonora, siempre se refiere a valores eficaces definidos cómo:
PONDERACIÓN TEMPORAL. Ajusta la constante de tiempo que se utilizará en las medidas, y con ello determina la velocidad de respuesta del sonómetro frente a las variaciones de presión sonora.
Para el cálculo de los valores eficaces, en acústica se han normalizado tres tiempos de integración, constantes de tiempo o ponderaciones temporales (de las tres formas que se las
conocen). Estas tres ponderaciones temporales son las siguientes: Fast(rápido), Slow (lento) e Impulse (impulso). Sus nombres indican la velocidad con que el sonómetro sigue las fluctuaciones del ruido y se corresponden con unos tiempos de integración de 250 ms (fast), 2 s (slow) y 35 ms (impulse).
La figura muestra la respuesta del sonómetro frente a la señal de larga duración. Si hubiéramos empleado un detector de pico, la lectura habría sido 3 dB superior, ya que la relación entre el valor de pico el eficaz para una sinusoide es , y por lo tanto: 20log=3 dB
Si la señal a medir consta de impulsos aislados, o tiene un alto contenido de ruido de impacto, el nivel medido difiere mucho al usar unas constantes u otras, ya que la energía del impulso ha de “repartirse” en el tiempo de integración.
Otro parámetro muy importante que se utiliza como indicador de nivel de presión sonora, es el nivel continuo equivalente o Leq. Esta medida representa el nivel que manteniéndose constante durante el tiempo que dura la medida tiene el mismo contenido energético que el nivel variable observado. También puede interpretarse como un cálculo del valor eficaz cuyo tiempo de integración se extiende al tiempo de la medida.
INDICADOR ANALÓGICO O DIGITAL. Visualiza el resultado de las medidas. Antiguamente los siguientes indicadores eran solamente analógicos, pero hoy en día se combinan indicadores analógicos y digitales. Hay que tener en cuenta la precisión del sistema indicador, que normalmente en digitales es 0.1 dB, mientras que los cuasi-analógicos sólo sirven para dar una idea de los niveles de entrada mientras se visualiza otro parámetro, como Leq,LMAX, LMI, etc. Los indicadores digitales que siguen las normas IEC se actualizan cada segundo y presentan el nivel máximo alcanzado en el segundo anterior. Este nivel se representa como SPL (Sound Pressure Level), mientras que la denominación INST (instantáneo) se reserva a aquellos indicadores del nivel presente en el instante de la actualización de la pantalla. OTRAS CARACTERÍSTICAS. Los sonómetros permiten hacer medidas en un rango determinado de frecuencias, generalmente de octavas y a veces también en tercios de octavas. Para ello en algunos modelos, como en el 2231 de Brüel & Kjær (el de esta práctica) hay que incorporar un modelo de filtros. El paso de una banda a la contigua se hace normalmente.
El margen de medida de un sonómetro está limitado interiormente por el ruido eléctrico o térmico del micrófono y circuitería. En cuanto al límite superior de la medida normalmente se expresa en valores de pico, que son los que saturan la medida. Se completa la información con el factor de cresta del detector (el factor de cresta de una señal es el cociente entre el valor de pico y el nivel eficaz; para una sinusoide su valor es √ ). La dinámica del equipo se define como la diferencia entre la señal mas baja y más alta que pueden medirse sin cambiar el rango. La dinámica real suele ser mayor que la que figura, debido a que el fondo de escala es eficaz y no de pico. Generalmente los sonómetros incorporan indicadores de saturación. Cuando se activa el indicador de saturación, está mostrando que algún circuito electrónico está recibiendo una señal superior a la admisible, aunque el indicador no lo acuse por estar midiendo valores eficaces. Un circuito saturado introduce error en la medida, pues por un lado se está recortando la amplitud de la señal, y por otro lado está generando armónicos. Cuando ocurra esto, hay que pasar al rango de escala inmediatamente superior del sonómetro. FUNCIONAMIENTO DEL SONÓMETRO: El sonómetro siempre está formado por:
Un micrófono con una respuesta en frecuencia similar a la de las audiofrecuencias, generalmente, entre 8 Hz y 22 kHz. Un circuito que procesa electrónicamente la señal. Una unidad de lectura (vúmetro, led, pantalla digital, etc.). Muchos sonómetros cuentan con una salida (un conector jack, por lo general, situado en el lateral), que permite conectarlo con un osciloscopio, con lo que la medición de la presión sonora se complementa con la visualización de la forma de la onda.
La circuitería electrónica permite al sonómetro realizar diversas funciones. Por ejemplo:
Los sonómetros suelen disponer de un interruptor etiquetado como Range (rango) que permite elegir un rango dinámico de amplitudes específico, para conseguir una buena relación señal-ruido en la lectura. Por ejemplo, puede haber tres posiciones: 20-80 dB, 50110 dB o 80-140 dB. De estos intervalos, el más usado es el segundo que va desde el nivel de confort acústico hasta el umbral de dolor. El tercer tipo es el que se utiliza para medir situaciones de contaminación acústica muy degradada. Los sonómetros más modernos y de mejor calidad tienen rangos tan elevados, por ejemplo, 20-140 dB, que se asegura una medida correcta en la mayoría de las ocasiones. En los llamados sonómetros integradores, el interruptor etiquetado como Weighting permite seleccionar la curva de ponderación que va a ser usada:
curva A (dB A). Mide la respuesta del oído, ante un sonido de intensidad baja. Es la más semejante a la percepción logarítmica del oído humano, aunque los estudios de psicoacústica modernos cuestionan esta afirmación. Se utiliza para establecer el nivel de contaminación acústica y el riesgo que sufre el hombre al ser expuesto a la misma. Por ello, es la curva que se utiliza a la hora de legislar
curva B (dBB). Su función era medir la respuesta del oído ante intensidades para intensidades medias. Como no tiene demasiadas aplicaciones prácticas es una de las menos utilizadas. Muchos sonómetros no la contemplan
curva C (dBC ). Mide la respuesta del oído ante sonidos de gran intensidad. Es tanto, o más empleada que la curva A a la hora de medir los niveles de contaminación acústica. También se utiliza para medir los sonidos más graves
curva D (dBD). Se utiliza, casi exclusivamente, para estudiar el nivel de ruido generado por los aviones
curva U(dBU). Es la curva de más reciente creación y se utiliza para medir ultrasonidos, no audibles por los seres humanos.
QUE MEDIDA DE SONIDO PUEDE SER AUDIBLE PARA EL SER HUMANO:
EJEMPLOS DE MEDICIONES CON EL SONOMETRO. En el interior de una fábrica puede medir a 80 dB lo cual esta en la escala de riesgos. Una motocicleta sin silenciador puede medir a 110 dB lo cual esta en la escala de riesgos graves, ocasionar dolor. El claxon de un camión puede medir a 100 dB lo cual esta en la escala de riesgos. El despegue de un avión puede medir hasta 130 dB lo cual esta en la escala de riesgos graves, ocasiona dolor. IMPORTANCIA DEL SONOMETRO: El sonómetro tiene mucha importancia por que nos advierte de sonidos que pueden ser de riesgos graves para el ser humano. En la tabla tenéis el nivel de intensidad sonora para algunos de los sonidos más habituales. fuente respiracion biblioteca conversacion trafico denso Cataratas Niágara metro antiguo despegue reactor
10
10 40 60 70 90 100 120
descripcion escasamente audible poco ruidoso normal ----------la exposicion prolongada daña el oido ----------umbral de dolor
DATOS OBTENIDOS:
tractor encendido
cancha de fulbito
aula(alumnos y gimnasio biblioteca prof.)
obra en aula(alumnos) cafetin const.-
1m
83db
58db
60db
51db
60db
73db
65db
70db
2m
81
53
59
50
57
71
60
69
3m
78
51
55
45
53
70
59
65
4m
77
50
54
42
51
69
57
63
OBSERVACIONES: ANTES DE COMENZAR LA EXPERIENCIA, COMPROBAD QUE TODO EL MATERIAL QUE APARECE EN LA PRESENTE RELACIÓN SE ENCUENTRA EN LA MESA DE TRABAJO. AL FINALIZAR DEJAD EL PUESTO ORDENADO Y LIMPIO VOLVIENDO A COMPROBAR QUE TODO EL MATERIAL ESTÁ EN SU LUGAR Y LISTO PARA SER UTILIZADO DE NUEVO. AL FINALIZAR LA EXPERIENCIA DESCONECTAD TODOS LOS APARATOS.
Bibliografía: 1.- " Física". P. A. Tipler. 3ra Edición.2do tomo. Ed. Reverté (1992). 2.- “Física”. Alonso & Finn. De. Addison- Wesley (1992) 3.- "Tratamiento Matemático de Datos". Spiridonov.- Ed. Mir.
UNIVERSIDAD NACIONAL “PEDRO RUIZ GALLO ” FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
SONÓMETROS.
CURSO
ALUMNO
Laboratorio De Ingeniería Mecánica I
:
F
:
CICLO
:
Acuña Torres Ivan.
2012 - 0
I M E
LA MBA YEQUE, FEBRERO DEL 2012